Технические аспекты ИВЛ

Технические аспекты ИВЛ
Д.А. Фурманчук
1.
2.
3.
4.
схема аппарата ИВЛ
Система доставки газов
Генератор дыхательного объема
• Дыхательный мех
• Электропривод
• Постоянный поток (поток базовый,
инспираторный)
Клапаны
• Инспираторный
• Экспираторный
Датчики потока, давления, концентрации О2
5.
Триггер
• Чувствительность
• Поток
• Время отклика
• Давление
• Импеданс грудной клетки…
6.
Микропроцессор, программное обеспечение и
система мониторинга
7.
Дыхательный контур, увлажнитель и т.д.
Происхождение дыхательного
объема/инспираторного потока
•
Дыхательный мех
•
Поршневой насос
•
Турбина
Клапаны
• Инспираторный
• Экспираторный
«активный экспираторный
клапан»
Характеристика:
Время отклика ≤ 5 мсек
(открытие в ответ на
экспираторное усилие)
«Активный экспираторный клапан»
P
T
Измерение потока
V
V
Потоковый датчик:
проксимальный
экспираторный
Пневмотахометр
Термоанемометр
Мониторинг концентрации О2
О2 сенсор
Электрохимический
Парамагнитный
Расположение
• Инспираторная часть контура
• Забор газа из у-обр. коннектора (боковой
поток)
Насколько необходим мониторинг концентрации кислорода?
• Триггер – чувствительный элемент, позволяющий
аппарату откликаться на инспираторный попытки
пациента
Характеристики:
– Время отклика
– Чувствительность
Принцип управления
•Импеданс грудной клетки
•Давление в контуре
•Поток в контуре
Принцип исполнения
• Прессорный
• Потоковый
термоанемометр
пневмотахометр
Чувствительность и время отклика триггера
Pressure
РЕЕР
Уровень
чувствительности
Flow
Time
40-50 мсек
Flow
Pressure
Чувствительность
0.5-15 л/мин (1 л/мин*30 мсек = 0.49 мл; 15 л/мин…=7,5 мл)
0.5-20 мбар ниже уровня РЕЕР
Дыхательный контур
Влажность газа
• Количество воды в объеме газа
• Абсолютная (AH - absolute humidity)
AH=
Масса воды (мг)
Объем газа (л)
(мг/л)
• Относительная влажность (RH – relative humidity)
RH=
AH (мг/л)
Максимально возможную AH (л)
100%
Значение относительной влажности различны при различных
температурах (при одной и той же массе воды в одном и том же
объеме воздуха)
Отсутствие увлажения
• Потери жидкости
• Утрата функции мукоцилиарного траспорта à
• Увеличение R i, ex à ателектазирование
• Глубина повреждения пропорциональна экспозиции
90’ дыхания воздухом с влажностью 0% у взрослого человека
полностью блокирует мукоцилиарный транспорт на 24 часа
(Lichtiger M, Landa JF; Anesthesiology, 42, 1975)
Увлажнение вдыхаемого газа
Вид увлажнителя
Область
применения
Увлажнитель с холодной
водой
О2- терапия
Увлажнители с подогревом
О2- терапия
СРАР
Неинвазивная
вентиляция
камеры
(сохранение функции
ДП)
Примечания
Температура на уровне уобр коннектора 31-32оС
Влажность 40-55%
Конденсат
Проблемы в работе триггера
Увлажнители с подогревом
камеры и инспираторной
части контура
ИВЛ через ЭТТ
Температура 37оС
Влажность 100%
Тепловлагообменники
ИВЛ через ЭТТ
Инфекционный контроль
Анестезиология
Транспортировка
Кратковременная ИВЛ
HME aHME
То=37оС, RH=100%
Фильтр НМЕ (тепловлагообменник)
Фильтрующая
мембрана
HME
элемент
( НМЕ – heat & moisture exchanger )
Материал с низкой сопротивляемостью
и высокой теплоемкостью (СaCl2+LiCl2)
Режимы ИВЛ
Принудительный
(контролируемый,
управляемый,
несинхронизированный)
Синхронизированный
Ассистирующий
IPPV=CMV
VCV, (V-CMV)
PCV, (P-CMV)
PLV
IMV
SIMV,
SIPPV=IPPV/assist=SCMV
P-SIMV V-SIMV
ASB = Pressure support
PPS®=PAV®
Iron lung’1947
NPV – negative pressure ventilation
PPV – positive pressure ventilation
Контролируемая ИВЛ
• IPPV
Искусственный вдох
• Начинается через заданный
промежуток времени
• Продолжается заданное время
• (в конвенциональном варианте) в
фазу аппаратного выдоха
самостоятельное дыхание
невозможно
• IMV
• В фазу аппаратного выдоха,
в контуре присутствует поток
Методы формирования дыхательного цикла
(методы ИВЛ)
• Контроль по объему
Фаза вдувания завершается по
достижении заданного объема,
либо по истечении времени
вдоха (реже) (Volume Ventilation)
• Контроль по давлению
Фаза вдувания завершается в момент
достижения заданного давления
(Pressure Ventilation)
Контроль по объему
IPPV (V-CMV) – объемная принудительная вентиляция
•
Вдох начинается по истечении
времени в соответствии с
заданной частотой
•
Аппарат закрывает
экспираторный клапан,
формирует инспираторный поток
(заданный),
•
Вдувание завершается когда
доставлен заданный объем
(поток*время), клапан вдоха
остается закрытым на время
инспираторной паузы
•
По завершении времени вдоха,
открывается экспираторный
клапан, происходит выдох
Контроль по объему
IPPV (CMV)
Преимущество:
• минутная вентиляция «гарантирована»
Потенциальные проблемы:
• величина инспираторного давления может превышать
опасные пределы - ограничение Pin
• кашель, сопротивление аппарату всегда приводят к
непредсказуемому увеличению давления дыхательных
путях
• самостоятельное дыхание затруднительно, дискомфорт,
необходимость седации, «синхронизации»
Контроль по объему
IPPV (CMV) – объемная принудительная вентиляция
Регулируемые параметры
Vt – дыхательный объем
Flow – инспираторный поток
Ti – время вдоха
Fr – частота
РЕЕР – ПДКВ
FiO2
Tinf
Традиционная IPPV показана при интраоперационной
ИВЛ, либо при выраженных нарушениях вентиляции/оксигенации
Контроль по объему
• Управление инспираторным
давлением
• Pmax – максимальное давление
Pressure Limited Ventilation (PLV)
Дыхательный объем может быть нестабильным
(volume not constant)
Отсутствие пиков давления, снижается вероятность
баротравмы, альвеолярного перерастяжения
Контроль по объему
•Кривая инспираторного потока
–Нисходящая
–Синусоидальная
–Восходящая
–Постоянная
•Управление инспираторным
потоком
•Ручное
•Автоматическое
•AutoFlow, PRVC, VV+
Контроль по объему
Автоматическая регулировка инспираторного потока
• AutoFlow, PRVC, VV+…
Дополнительная функция (для объемных методов формирования
дыхательного цикла) AutoFlow подразумевает автоматический
выбор инспираторного потока (с учетом текущих механических
свойств дыхательной системы (R,C, TC)), с целью доставки
заданного объема с минимальным инспираторным давлением.
• Функция обеспечивает автоматическую
корректировку потока если свойства
дыхательной системы меняются
• Автоматическая настройка
инспираторного потока исключает
возникновение пиков давления
Автоматическая регулировка инспираторного потока
Контроль по объему
SIMV – синхронизированная перемежающаяся вентиляция
Регулируемые параметры = SIMV
Vt – дыхательный объем
Flow – инспираторный поток
Ti – время вдоха
Fr – частота
РЕЕР – ПДКВ
FiO2
+чувствительность триггера
Контроль по объему
SIMV – synchronized intermittent mandatory ventilation
синхронизированная перемежающаяся принудительная
вентиляция
Аппаратный дыхательный цикл
имеет аналогичные (заданные)
характеристики Vt, Ti, что и
при принудительной
вентиляции
Объем спонтанного
дыхательного цикла зависит от
•инспираторного усилия
пациента,
•величины базового потока
Контроль по объему//давлению
• Assist/Control (A/C)
• SIPPV (IPPVassist)
• S-CMV
Vt
Триггер
Принудительная минутная вентиляция
Адаптивная поддерживающая вентиляция
MMV ≈ ASV
Регулируемые параметры :
•Принудительный
минутный объем вентиляции (MV)
или
•% минутного объема “идеальной”
вентиляции
Принудительные дыхательные циклы
осуществляется при недостаточном
спонтанном дыхании
≈ ASV – дополнительно расчет
оптимальной частоты дыхания
1+2a×RCe×(MV-V‘D)/VD -1
f-target =
a×Rce
The Otis formula
Контроль по давлению
PCV (P-CMV)–Pressure Controlled Ventilation
Регулируемые параметры = PCV
Pin – давление вдоха
Ti – время вдоха
Fr – частота
Ramp - время достижения давления
РЕЕР – ПДКВ
FiO2
Производные параметры PCV
Vt – дыхательный объем
Ramp
Контроль по давлению
BiPAP® (biphasic positive airway pressure)
• BIPAP= PCV+ работа активного экспираторного клапана
Регулируемые параметры = PCV/BIPAP
Pin – давление вдоха
Ti – время вдоха = время фазы высокого
давления
Tex –
время фазы низкого
давления
Fr – частота
Ramp - время достижения давления
РЕЕР – ПДКВ
FiO2
Контроль по давлению
BiPAP® (biphasic positive airway pressure)
• Суммируется негативное давление создаваемое
пациентом и позитивное, создаваемое аппаратом
• Улучшается распределение дыхательной смеси при
неравномерности вентиляции
• Ликвидируется необходимость в седации
Spontaneous
Breathing
PCV
}
BIPAP
Контроль по давлению
• P-SIMV=BIPAP assist
начало вдоха происходит по истечению времени выдоха
либо синхронно с запросом пациента в соответствии с
триггерным окном формирование дыхательного цикла
соответствует PCV/BIPAP
Регулируемые параметры
P-SIMV=BIPAP assist
Pin – давление вдоха
Ti – время вдоха
Fr – частота
РЕЕР – ПДКВ
FiO2
+чувствительность триггера
Контроль по давлению
APRV - airway pressure release ventilation
спонтанная вентиляция с периодическим снижением
давления в дыхательных путях
Показания:
Поздние стадии развития ARDS
(обычно вторая-четвертая неделя
вентиляции) с выраженной зависимостью уровня оксигенации
от РЕЕР
Эпизоды «Pressure Release»
Обеспечивают условия для
элиминации СО2
Ассистирующая вентиляция
• ASB Assisted Spontaneous Breathing
• PSV Pressure Support Ventilation
Регулируемые параметры = ASB (PSV)
Pin – давление вдоха (давление поддержки)
Ramp – время достижения давления
РЕЕР – ПДКВ
FiO2
Время апноэ
Пациент
регулирует
Ti – время вдоха
Fr – частота
Flow – поток
Tv – дыхательный объем
Ассистирующая вентиляция
ASB
Pressure support
Критерий завершения вдоха
«экспираторный» триггер
E- sensitivity
Формирование дыхательного цикла при вентиляции с
поддержкой давлением (PSV)
•
Аппарат выполняет дыхательный
цикл в ответ на каждый
инспираторный запрос пациента
(триггерного окна нет)
•
Установленный уровень давления
вдоха определяет объем работы
дыхания, выполняемой аппаратом
•
TI автоматически устанавливается
по критерию завершения вдоха
•
Инспираторный поток и дыхательный
объем зависят от интенсивности
инспираторного запроса пациента и
давления вдоха аппарата
Trig. sensitivity
Пиковый поток
15% от пикового потока
начало
вдоха
начало выдоха
Pressure Support Ventilation
в условиях сброса мимо ЭТТ
Нет прекращения вдоха
Поток сброса
termination criteria
Начало вдоха
PSV
Пациент управляет
•
•
•
•
•
Началом вдоха
Глубиной вдоха
Временем вдоха
Частотой
ДО и минутным объемом
Преимущества PSV
•
•
•
•
•
•
•
Полная синхронизация с аппаратом
Возможность вздоха (sigh)
Снижение потребности в седации
Отсутствие активного выдоха
Адекватная тренировка дыхательной
мускулатуры
Эффективная компенсация сопротивления
ЭТТ
Более низкий уровень МАР при таком же
минутном объеме дыхания
Комбинированные режимы ИВЛ
• CMV+PSV (ASB), BIPAP+ASB
• SIMV+PSV (ASB)
Триггер SIMV
Триггер PSV
Вентиляция апноэ
Автоматическое переключение
с ассистирующего режима на
принудительный при
возникновении апноэ
Время апноэ (Apnea time) - 15 - 60 сек
Параметры принудительной
вентиляции
Tv, Fr, PEEP
(NBP 840 PCV или IPPV)
15-60 сек
Искусственный вздох
Sigh
• Увеличение уровня РЕЕР
через определенное время на
определенную величину
• Способствует устранению
эффекта неравномерности
вентиляции
Другие алгоритмы SIGH:
↑ MAP
↓ Tv
• Двойной инспираторный объем
• Дополнительное инспираторное
давление
Lung recruitment
Расправление альвеол с пролонгированной
временной константой
Выбор режима/метода ИВЛ
Возраст/вес
Глубина нарушений газообмена
Патофизиологический вариант дыхательной недостаточности
Наличие спонтанной инспираторной активности
Толерантность к ЭТТ, необходимость седации
Выбор режима/метода ИВЛ
• Возраст/вес
– Вес до 15 кг - рекомендуется ИВЛ с контролем по
давлению
– пиковые подъемы давления
– нестабильный комплайнс дыхательной системы
– негеметичные дыхательные пути
– вероятность баротравмы
Мониторинг
Vte
Минутная вентиляция
раСО2
ЕТСО2
Выбор режима/метода ИВЛ
Патофизиологический вариант дыхательной
недостаточности
Нарушения оксигенации
ßpО2
Нарушения вентиляции
ÝpСО2
•
•
•
•
контроль по объему
Минутная вентиляция
Частота (Freq)
Время выдоха (Tex)
Вентиляция мертвого
пространства
•
•
•
•
контроль по давлению
ПДКВ (РЕЕР)
Давление вдоха (Рin)
Время вдоха (Ti)
FiO2
Выбор режима/метода ИВЛ
Патофизиологический вариант дыхательной недостаточности
Выбор режима/метода ИВЛ
• Спонтанная инспираторная активность
Отсутствует
(релаксанты, кома,
нарушения нейромышечной проводимости)
В наличии
показатели газообмена
на фоне ИВЛ
декомпенсированы
контролируемая вентиляция
CMV, IPPV, PCV/BIPAP
компенсированы
ассистирующая вентиляция
ASB/Pressure support, BIPAP,
à отлучение от ИВЛ
? SIMV, P-SIMV ?
Выбор параметров ИВЛ
•
•
•
•
•
•
•
Частота
Время вдоха, соотношение I:E
Давление вдоха
Максимальное давление
РЕЕР
Дыхательный объем
FiO2
Выбор параметров ИВЛ
Инструменты для
улучшения оксигенации
• РЕЕР
• Pin
• Ti
• FiO2
Инструменты для
улучшения вентиляции
• Tv
• Freq
• Tex
Частота (frequency)
Контролируемая вентиляция
• новорожденные-дети до 6 мес
• 1-5 лет
• 6-12 лет
• >12 лет
28-35’
20-25’
15-20’
12-15’
Ассистирующая вентиляция
• частота зависит от настройки чувствительности
триггера, спонтанной частоты пациента
• капнографический мониторинг
I:E
Время вдоха=
время вдувания+время паузы
Время вдоха – один из параметров,
определяющих величину МАРà
«экспозицию» свежего газа в альвеоле
и эффективность оксигенации
Физиологические пределы Tinsp:
1:2-1:3
Избыточное время вдоха
– создает дополнительное
препятствие легочному кровотоку
– способствует укорочению времени
выдохаàусловия для air-trapping
Инверсированное соотношение I:E
T inf
I:E
Норма = 1:3 - 1:2 - 1:1,5
Рестрикция = 1:1 - 4:1
1
1
2
С1< С2
Tc1>Tc2
Vt1<Vt2
2
С1=С2
Tc1=Tc2
Vt1=Vt2
Обструкция = 1:2 - 1:4
Оптимизация времени выдоха
Замедление потока на выдохе является патогномоничным
симптомом
• бронхиальной обструкции,
• бронхоспазма
• нарушения проходимости экспираторного клапана аппарата
Flow
Time
Неполный выдох
• Газовая ловушка
• Перераздувание
• Ауто-ПДКВ,
Избыточное время вдоха или недостаточное
время выдоха
• Кривая экспираторного потока не возвращается на изолинию к
началу следующего дыхательного цикла.
Flow
• Может увеличивать работу дыхания
• Увеличивает МАР и усиливает гемодинамические
последствия ИВЛ
• Приводит к динамическому перераздуванию
альвеол, формированию ауто-ПДКВ
Time
Давление в дыхательных путях
• Ограничение давления
• Давление вдоха
• Давление паузы
• Давления выдоха
• Среднее давление
Факторы, влияющие на МАР
•
•
•
•
Давление вдоха
РЕЕР
Инспираторный поток
Время вдоха
Инспираторное давление
(Рin, PIP, Peak Pressure, Pmax)
• Пределы «нормы» (Pin) = 15-22 мбар
• Пределы безопасности (Pmax) = 35-45 мбар
Pressure control
Peak Pressure, Pin
Volume control, Pressure limit
Pin,
Pmax, Plimit
Выбор уровня PEEP
Низкая ФОЕ
Восстановленная ФОЕ
V
V
P
P
PEEP1
PEEP2
Выбор уровня PEEP
Выбор уровня PEEP
V
V
P
P
РЕЕР 2 смН2О
РЕЕР 10 смН2О
При рестриктивных состояниях оптимальный
уровень РЕЕР находится на уровне нижней
точки открытия (Lower Inflection Point)
Выбор уровня PEEP
V
V
P
РЕЕР 2 смН2О
P
РЕЕР 10 смН2О
Best PEEP – уровень ПДКВ, обеспечивающий:
• Максимальную величину комплайнса
• Наилучший уровень оксигенации при наименьшем
значении FiO2
Перераздувание альвеол
•
Перераздувание имеет место
когда лимит объема для легкого
Volume
C1
или его компонентов превышен
•
Когда в конце вдоха снижается
compliance
•
C2
Когда на петле V/P в конце вдоха
Ct
Ct
Ct
наблюдается «клюв»
Pressure
Перераздувание альвеол и С20/С
• s
C1+C2
Ct=
2
C1
20%
C2
V
Ct
V
P
P
Перераздувание альвеол и С20/С
V
С20=С
V
C20<С
C20>С
V
P
P
P
С20=С à C20/C=1
C20<С à
C20/C > 1 à возможно перераздувание
C20>С à
C20/C < 1 à возможно ателектазирование
Профилактика VILI
1. Установка Pрlat ниже
уровня «клюва»
2.
Использование
Volume
минимально-достаточного
Vt для предотвращения
перераздувания
3.
Установка РЕЕР на уровне
нижней точки раскрытия
(протектирование ФОЕ)
Pressure
Дыхательный объем
• Инспираторный
• Экспираторный
• Объем утечки из контура (%)
Параметры мониторинга при ИВЛ
• Мониторинг вентиляции:
– Дыхательный объем (Tv)
– Минутный объем вентиляции (MV)
– Частота (спонтанная и принудительная)
– à эффективность выделения СО2
(рСО2, ЕtСО2, VCO2)
• Мониторинг оксигенации
– Цвет кожи
– Пульсоксиметрия, рО2
• Мониторинг состояния респираторной механики
Дополнительные параметры мониторинга при
ИВЛ
• Ауто РЕЕР
• Compliance
• Resistance
• Time constant
Ауто РЕЕР
Intrinsic PEEP – фактическое давление в легких в
конце выдоха
• В большинстве аппаратов измеряется вручную и
указывает на величину РЕЕРi и остаточного объема
(Vtrap) в дыхательной системе.
• Возникает из-за неравномерности механических
свойств легких, недостаточного времени выдоха
• Способствует увеличению альвеолярного МП, и
развитию волюм-индуцированного повреждения
• В “норме” РЕЕРi=РЕЕР, Vtrap=0
Вентилятор-индуцированное повреждение
легких (VILI)*
• Риск ателектазирования (atelectrauma)
• Баротравма/риск баротравмы
• Волюмтравма
• Биотравма
Вентилятор-индуцированное
повреждение легких (VILI)*
1. Риск ателектазирования
(atelectrauma)
Повторяющийся альвеолярный
коллапс и открытие (хлопанье)
«недораскрытых» альвеол
4. Биотравма:
Аутоповреждение медиаторами
воспаления
Экспрессия генов ответствиенных
за апоптоз
2. Баротравма/риск
баротравмы:
Перераздутие нормальноаэрируемых альвеол в
результате избыточного
давления
Нарушение легочного
кровотока
3. Волюмтравма:
Нарушение выдоха, обусловленное
обструкциейàаутоРЕЕРà
перерастяжение
*Dreyfuss: J Appl Physiol 1992